Учебное пособие 800553

В зависимости от требований, предъявляемых к дороге, расчет толщины дорожной одежды можно вести из условия достижения заданного значения деформации.

Дорожные одежды с покрытиями капитальных типов должны работать в стадии упругих деформаций и иметь достаточный запас прочности в неблагоприятные периоды года, когда грунт имеет наименьшую прочность. На дорогах с усовершенствованными облегченными покрытиями дорожные одежды также рассчитывают на работу без допущения накопления пластических деформаций, но с меньшими запасами прочности, чем при покрытиях капитального типа. Одежды с покрытиями переходных типов, восстановление ровности которых легко осуществимо, рассчитывают, допуская некоторое накопление деформаций под действием движения автотранспорта.

В обеспечении прочности дорожных одежд как нежесткого, так и жесткого типов большую роль играет подстилающий грунт, который воспринимает все давление транспортных нагрузок, передающихся через дорожную одежду.

От степени деформируемости подстилающего грунта и от его сопротивления внешним нагрузкам зависят прочность и ровность дорожной одежды. Самое прочное капитальное покрытие теряет ровность, если его построить на недостаточно неуплотненном и неоднородном по составу грунтовом основании.

Развитие деформаций в грунтовом основании как подстилающем слое дорожной одежды зависит от характера явлений в грунтовом массиве земляного полотна.

Если возникающие под действием местных повторных нагрузок напряжения не превосходят сопротивления грунта сдвигу, то образуются лишь очень небольшие остаточные вертикальные смещения (см. рис. 2.7, линия I). Образование в этом случае вертикальных смещений происходит лишь в результате доуплотнения грунта. Работа грунта происходит в стадии упруго-вязких, то есть обратимых деформаций.

Сувеличением нагрузки, когда сдвигающие напряжения в наиболее напряженной области грунтового основания достигает величины сопротивления грунта сдвигу, возникают пластические смещения. В этом случае грунт работает в стадии упруго-вязко-пластического деформирования, то есть в стадии упруго - пластических деформаций (см. рис. 2.7, линия II).

Исследованиями установлено, что после образования сравнительно небольших деформаций, вызываемых пластическими смещениями, дальнейшее накопление осадок прекращается, после чего под действием повторных нагрузок той же величины вновь возникают лишь практически полностью обратимые деформации.

Сдальнейшим ростом величины повторной нагрузки либо с увеличением числа приложений нагрузки, которая будет превышать предельную по условиям сдвига, зона, охваченная пластическими смещениями, расширяется, а на поверхности грунтового основания быстро накапливаются остаточные деформа-

22

ции. И после определенного количества нагружений наступает пластическое течение грунта (см. рис. 2.7, линия III).

2.7. Критерии прочности нежесткой дорожной одежды

Под прочностью дорожной одежды понимают ее способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений от расчетной нагрузки, приложенной к поверхности покрытия. Напряжения возникают в конструктивных слоях дорожной одежды и в подстилающем грунте земляного полотна. Оценка прочности дорожной конструкции включает как оценку прочности конструкции в целом, так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях дорожной одежды.

Расчет дорожной одежды осуществляют по трем критериям прочно-

сти:

-по допускаемому упругому прогибу;

-по сдвигу в подстилающем грунте и малосвязных материалах слоев дорожной одежды, а также по сдвигу в слоях асфальтобетона;

-по прочности слоев из монолитных материалов на растяжение при из-

гибе.

Для обеспечения работы дорожной одежды без накопления остаточных деформаций необходимо, чтобы ни в одном из конструктивных слоев и в подстилающем грунте не возникали пластические смещения, не нарушалась сплошность монолитных слоев и прогиб поверхности одежды под расчетной нагрузкой не превосходил допускаемой величины.

Пластические смещения в грунте и слабосвязных материалах не произойдут, если не будет превзойдено предельное равновесие по сдвигу.

Сохранение структуры монолитных слоев гарантируется, если растягивающие напряжения при изгибе не превысят допустимых значений для данного материала.

При проектировании дорожных одежд с усовершенствованными покрытиями обязательны расчеты по трем критериям – упругому прогибу, сдвигу и растяжению при изгибе. Дорожные одежды с покрытиями переходного типа рассчитывают по величине упругого прогиба и сдвигоустойчивости.

Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности – отношение допустимого значения параметра, характеризующего прочность к его значению, определенному расчетом.

Расчетные формулы коэффициента прочности для проведения расчетов по различным критериям прочности приведены в п. 4.2.

Вопросы для самопроверки

1. Какие дорожные одежды относятся к жестким и нежестким?

23

2.От чего зависит выбор типа дорожной одежды ?

3.Что такое конструктивный слой дорожной одежды?

4.Что такое покрытие дорожной одежды и каково его основное назначение?

5.Для чего устраивается основание дорожной одежды?

6.В чем состоит назначение основных слоев основания дорожной одежды?

7.Что такое рабочий слой земляного полотна?

8.Какие требования предъявляются к дорожной конструкции?

9.Какие требования предъявляются к дорожным покрытиям?

10.Какие силы действуют на покрытие при статической и динамической нагрузках?

11.От каких параметров пневматической шины зависит давление колеса на покрытие дорожной одежды?

12.Какие физические процессы происходят в монолитных слоях дорожной конструкции под воздействием колеса автомобиля?

13.Какие физические процессы происходят в малосвязных и несвязных слоях дорожной конструкции под воздействием колеса автомобиля?

14.Какие предельные состояния могут возникнуть в дорожной конструкции, от чего они зависят?

15.По каким критериям прочности рассчитывается дорожная одежда нежесткого типа?

16.По каким предельным состояниям проверяются монолитные слои?

17.По каким предельным состояниям проверяются слои из несвязных и малосвязных материалов?

24

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕЖЕСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

3.1. Задачи конструирования

Проектирование дорожных одежд состоит из двух взаимосвязных последовательно выполняемых этапов: конструирования и расчета.

Конструирование дорожной одежды заключается в назначении типа покрытия, выборе для конструкции наиболее подходящих материалов, предварительном назначении толщин отдельных слоев и размещении их по глубине конструкции.

Таким образом, процедура конструирования дорожной одежды включает решение нескольких задач:

-выбор вида покрытия и типа дорожной одежды;

-назначение количества конструктивных слоев, выбор материалов для их устройства, размещение слоев в конструкции в соответствии с прочностными и теплофизическими свойствами и назначение их ориентировочных толщин;

-решение вопроса о назначении дополнительных морозозащитных мер с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна, схемы увлажнения земляного полотна;

-предварительная оценка необходимости проектирования мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости покрытия;

-оценка целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;

-предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных условий.

Конструирование дорожной одежды - наиболее творческая часть проектирования. При назначении конструкции необходимо знать физические основы

ееработы под действием нагрузок и под воздействием природноклиматических факторов, механизмы деформации отдельных конструктивных слоев и всей конструкции в целом.

При конструировании дорожной одежды необходимо иметь в виду, что процесс деформирования и прочностные качества материалов, содержащих органическое вяжущее, существенно зависят от температуры и режима нагружения. Свойства зернистых материалов (щебеночных, гравийных и подобных им), а также материалов, укрепленных неорганическими и комплексными вяжущими, сравнительно мало зависят от температуры и режима нагружения.

При предварительном назначении толщин конструктивных слоев, а также независимо от результатов расчета дорожной одежды на прочность следует учитывать значения их минимальной конструктивной толщины в уплотненном состоянии по нормам действующего нормативного документа - СНиП 2.05.02-

85.«Автомобильные дороги. Нормы проектирования» [1]. Числовые значения минимальных толщин слоев дорожной одежды приведены в табл. 3.1.

25

Таблица 3.1 Минимальные толщины слоев исходя из технологических

особенностей укладки

Большие значения толщин асфальтобетонных покрытий принимают для дорог I и II категорий, меньшие – для дорог III и IV категорий.

3.2. Принципы конструирования нежестких дорожных одежд

При конструировании дорожных одежд необходимо руководствоваться следующими принципами:

а) тип дорожной одежды, вид покрытия и конструкция дорожной одежды в целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге соответствующей категории и ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения в течение заданных межремонтных сроков и предполагаемых условий ремонта и содержания;

б) конструкция дорожной одежды может быть принята типовой или разрабатывается индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунтом земляного полотна, условиями его увлажнения, климатом и др.) и одинаковыми расчетными нагрузками;

в) при проектировании допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, прочностные свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими материалами (цементом, битумом, известью, активными золами уноса и т.д.). При этом необходимо стремиться к созданию наименее материалоемкой конструкции;

г) конструкция дорожной одежды должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожностроительных работ. Для достижения этой цели количество слоев и видов материалов в дорожной конструкции должно быть минимальным;

26

д) при конструировании дорожных одежд необходимо учитывать реальные условия проведения строительных работ (летняя или зимняя технология).

При выборе материалов для устройства слоев дорожной одежды необходимо учитывать следующие положения.

1.Покрытие и верхние слои основания должны соответствовать расчетным нагрузкам и быть водоморозо- и термоустойчивыми.

2.Для верхнего слоя асфальтобетонного покрытия выбирают материал в соответствии с действующими нормативными документами: ГОСТ 9128-97. «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия» [18] и СНиП 2.05.02-85. «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» [1]. Основные рекомендации по выбору материала покрытия приведены ниже, в п. 3.3.

Основные типы асфальтобетонных смесей и их параметры в соответствии

сГОСТ 9128-97 приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Основные типы и параметры асфальтобетонных смесей в соответствии с ГОСТ 9128-97

27

Окончание табл. 3.2

Таблица 3.3

Подразделение асфальтобетонных смесей на марки

3. В районах с климатом близком к морскому при количестве осадков 500 мм/год следует применять высокоплотный асфальтобетон или плотный, с показателем пористости (водонасыщения), соответствующим нижнему допустимому пределу (см. табл. 3.2). В районах с сухим климатом (количество осадков

28

менее 400 мм/год) следует применять плотный асфальтобетон с показателем пористости по верхнему допускаемому пределу.

4.При перспективной интенсивности движения до 3000 авт/сут и при стадийном строительстве допускается устройство покрытия из пористого асфальтобетона с устройством поверхностной обработки или из высокопористого асфальтобетона с устройством двойной поверхностной обработки.

5.Для обеспечения сдвигоустойчивости при высоких летних температурах в местах остановок общественного транспорта, на регулируемых пересечениях и в других местах изменения скорости или движении на пониженных скоростях предусматривается применение асфальтобетонных смесей типа А и Б, высокоплотных смесей, а в основании - крупнозернистых асфальтобетонных смесей или каменных материалов, укрепленных цементом.

6.При конструировании пакета слоев из асфальтобетона оптимизируют толщину верхнего слоя из плотного или высокоплотного асфальтобетона и стараются сократить число слоев. Асфальтобетонное покрытие должно быть, как правило, однослойным. Минимальную конструктивную толщину покрытия назначают в соответствии с данными таблицы (см. табл. 3.1), а толщину слоя асфальтобетонного основания определяют расчетом.

7.Применение холодного асфальтобетона в покрытии допускается при стадийном строительстве, возможном в перспективе повышении капитальности дорожной одежды при специальном технико-экономическом обосновании.

8.При выборе материала для верхнего слоя основания надо учитывать тип дорожной одежды, вид покрытия, а также деформационные и теплофизические свойства материалов и грунтов, укрепленных вяжущими.

9.Асфальтобетонную часть основания следует предусматривать, в основном, однослойной. Двухслойное асфальтобетонное основание допустимо применять только при необходимости использования в нижнем слое асфальтобетона с пониженной сдвигоустойчивостью (высокопористый или песчаный). В этом случае общая толщина асфальтобетонных слоев (покрытие с основанием из крупнозернистого асфальтобетона) не должна быть менее 12 см.

10.В основании целесообразно широко применять местные каменные материалы (в том числе малопрочные и некондиционные) и грунты, укрепленные неорганическим вяжущим (цементом, известью, активными золами уноса).

Основание из зернистых материалов должно быть, как правило, двухслойным: несущий слой из жестких и сдвигоустойчивых материалов (щебня, гравия, щебеночных или гравийных смесей, материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим) и дополнительный слой, выполняющий морозозащитные или дренирующие функции.

Если в основании используют местные малопрочные каменные материалы (щебень с маркой по прочности не ниже 200, гравий и щебень из гравия по дробимости не ниже Др24, гравелистые пески, песчано-гравийные смеси и

сдвигоустойчивые материалы с модулем упругости Еупр<250 МПа), то несу-

29

щий слой основания предусматривают из прочного щебня или из укрепленных неорганическим вяжущим материалов с минимальной конструктивной толщиной (см. табл. 3.1). При этом толщину нижнего слоя основания из малопрочных материалов обосновывают расчетом.

Расположение неукрепленных зернистых материалов между слоями из материалов и грунтов, укрепленных вяжущими, не допускается.

Дополнительный слой основания должен совместно с верхними слоями основания и покрытием обеспечивать необходимую прочность конструкции, морозоустойчивость, а также дренирующую способность.

На магистральных дорогах с тяжелым и скоростным движением основания следует устраивать преимущественно из укрепленных материалов.

11.Над дополнительным слоем основания из песка со степенью неоднородности менее 3 предусматривают устройство защитного (технологического) слоя из гравийно-песчаных смесей, отсевов дробления изверженных пород, гравелистых или крупных песков оптимального состава, цементопеска. Толщину защитного слоя принимают равной 10 см при степени неоднородности песка от 2 до 3, и 15-20 см при степени неоднородности песка менее 2. При расчете дорожной одежды на прочность толщину защитного слоя включают в толщину дополнительного слоя основания. В качестве защитного слоя можно применять геотекстиль.

12.Толщину слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, укладываемых на слой основания из материалов, укрепленных цементом, назначают, как правило, не менее толщины слоев, укрепленных цементом. Это позволяет ограничить появления «отраженных» трещин на покрытии. Минимальная конструктивная толщина слоев с органическими вяжущими принимается в зависимости от типа дорожной одежды и должна соответствовать значениям, приведенным в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Минимальная толщина слоев с органическими вяжущими

Примечание. Если в основании применяют материалы, укрепленные комплексными или медленно твердеющими гидравлическими вяжущими, толщина слоя может быть уменьшена на 20%, а для жарких и сухих районов в IV-V дорожно-климатических зонах – на 30 %.

Для повышения трещиностойкости покрытия могут предусматриваться специальные трещинопрерывающие прослойки на основе геосеток и геотекстиля, применяться модифицированные вяжущие в материале покрытия и другие специальные инженерные решения.

13.Толщину отдельного конструктивного слоя предварительно назначают

вдиапазоне от минимальной конструктивной толщины (см. табл. 3.1) до значений, принятых для данного региона (по данным типовых проектов).

30